郑州大学申长雨院士和刘春太教授团队 AFM：超疏水立构复合聚乳酸多孔材料构筑及其辐射制冷应用研究

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传统的制冷设备在制冷过程中不仅会消耗大量的能源，还会带来额外的热消耗，进一步加剧城市热岛效应和能源危机。近年来，辐射制冷作为一种零能源消耗的制冷技术得到广泛关注。但是其大规模应用后必将面临像白色污染一样的环境问题。因此，设计一种具有环保辐射制冷材料迫在眉睫。

近期，郑州大学橡塑模具国家工程研究中心申长雨院士和刘春太教授团队的刘宪虎博士和潘亚敏博士基于前期提出的水辅助热致诱导相分离方法（Macromolecular Rapid Communications 2018, 39:1800635; ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11:362; Chinese Chemical Letters, 2020, 31:365; Polymer 2020, 204:122833; Polymer, 2021, 218:123528; Polymer, 2022, 43:124994; Macromolecular Rapid Communications, 2022, 43:200177）的基础上，将多级结构设计与立构复合晶（Sc）相结合，成功构筑了具有微纳多级结构和高Sc含量的超疏水聚乳酸多孔材料（Sc-PLA）。最优多孔材料（L-D-2）的太阳光反射率可达89%、红外热发射率高达93%，能在白天实现3.5℃，夜晚5.8℃的制冷效果。同时，其极低的导热系数（37 mW m^-1K^-1）能有效降低热传导，进一步优化制冷效果。相关成果近期以“Hierarchically Superhydrophobic Stereo-Complex Poly(Lactic Acid) Aerogel for Daytime Radiative Cooling”为题发表在材料期刊《Advanced Functional Materials》上。文章第一学生作者为郑州大学橡塑模具国家工程研究中心2020级硕士研究生张明涛。

高的红外发射率和太阳光反射率是实现辐射制冷的关键。课题组设计的L-D-2拥有着高达92.49%的发射率，能有效地将热量传递到深空中（图1a）；此外，模拟研究发现孔径分布在500nm-6μm时，能充分反射太阳光（图1b），因此L-D-2能反射掉89%的太阳光，避免了热量的聚集。Sc-PLA还拥有着出色的隔热效果，极低的热导率（37 mW m^-1K^-1），能有效避免来自外界的热传递（图1c）。与其他保温或辐射制冷材料进行比较，L-D-2兼具低导热系数和高的太阳光反射率（图1e）。在节省能源方面的表现，L-D-2也可圈可点（图1f）。

图1. 样品的基本性能

由于PLA本身所具备的高红外发射率，所有PLA气凝胶均实现了4-6℃的降温效果（图2b）。然而随着太阳光照射所带来的能量输入，除L-D-2实现日间辐射制冷效果外，其余样品温度均高于环境温度（图2e）。高的红外发射率和太阳光反射率使得L-D-2在白天的冷却功率能够达到55 W m⁻²（图2g）。

图2. 样品的辐射冷却性能

全文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202207414

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